JP2005180170A

JP2005180170A - Method and system for controlling work tool

Info

Publication number: JP2005180170A
Application number: JP2004354499A
Authority: JP
Inventors: Roger D Koch; ディー．コーシュロジャー
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2004-12-07
Publication date: 2005-07-07
Also published as: DE102004059365A1; US20050132618A1; US7007415B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and a system for controlling a work tool. <P>SOLUTION: A method for controlling motion of the work tool is disclosed. This method includes a step of identifying an excavation boundary regulated in advance. A present position of the work tool is determined. A control signal is generated for changing a position of the work tool. This method also includes determining a request operation vector to the work tool on the basis of the control signal. Determined force is generated, and impressed on the work tool. The determined force has a vertical component scaled so as to prevent the work tool from crossing the excavation boundary regulated in advance on the basis of the request operation vector. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、作業工具の運動を制御するためのシステムおよび方法、より詳しくは、予め規定された掘削境界に沿って作業工具の運動を制御するためのシステムおよび方法に関する。 The present invention relates to a system and method for controlling the movement of a work tool, and more particularly to a system and method for controlling the movement of a work tool along a predefined excavation boundary.

所望の構造を獲得するために作業機械で作業現場を掘削することは、複雑なプロセスである場合が多い。所望の表面構造は、例えば、対称または非対称の壁、床、ランプ、または曲面を有する境界面を含む場合がある。操作者は、作業機械の動作を制御して、境界面によって画定された容積を刻み出すことが可能である。掘削場所の性質に左右され、作業機械の作業器具組立体で忠実にこれらの境界面に追従することは困難な場合がある。したがって、このような境界面を有する掘削場所を順調かつ正確に掘り出すことができる熟練した操作者が必要である。 Excavating a work site with a work machine to obtain the desired structure is often a complex process. The desired surface structure may include, for example, a symmetric or asymmetric wall, floor, ramp, or interface having a curved surface. An operator can control the operation of the work machine to carve out the volume defined by the interface. Depending on the nature of the excavation site, it may be difficult to faithfully follow these interfaces with the work implement assembly of the work machine. Therefore, there is a need for a skilled operator who can smoothly and accurately dig an excavation site having such a boundary surface.

いくつかの作業機械は、所望の境界面を予め規定された掘削境界として記憶できるコンピュータシステムを有する。コンピュータシステムは作業器具組立体の位置を監視し、かつ予め規定された掘削境界を作業器具組立体が通過しないように作業器具組立体の運動を制限することが可能である。このように行うことによって、操作者は、掘削境界を掘り進むことなく、作業器具組立体で一層容易に掘削境界に追随することが可能である。 Some work machines have a computer system that can store a desired interface as a predefined excavation boundary. The computer system can monitor the position of the work implement assembly and limit the movement of the work implement assembly so that the work implement assembly does not pass a predefined excavation boundary. By doing so, the operator can more easily follow the excavation boundary with the work implement assembly without going through the excavation boundary.

作業機械の作業器具組立体の運動を制限できる１つの作業機械が、モトムラ（Ｍｏｔｏｍｕｒａ）らに付与された米国特許公報（特許文献１）に記載されている。この作業機械は、高さ限界位置、到達距離限界位置、および深さ限界位置を含むようにプログラミングし得る。作業器具組立体がこれらの限界位置に移動されると、作業器具組立体を制御する弁は、さらなる運動を防止するために自動的に閉じられる。したがって、作業器具組立体は、確立された限界位置を越えて延在できない。 One work machine that can limit the movement of the work implement assembly of the work machine is described in US Pat. The work machine may be programmed to include a height limit position, a range limit position, and a depth limit position. When the work implement assembly is moved to these limit positions, the valves that control the work implement assembly are automatically closed to prevent further movement. Thus, the work implement assembly cannot extend beyond the established limit position.

予め指定された限界を越えて作業器具組立体が通過しないことを保証するには有用であるが、米国特許公報（特許文献１）に記載されているような制御システムを含む先行技術の作業機械は、予め指定された限界位置の近くで作業工具が動作しているときに作業機械の効率を低くする可能性がある。作業工具が所定の限界位置に接近して、弁が閉じられるとき、操作者は新しい入力指示を行って作業現場の掘削を継続しなければならない場合がある。したがって、これらの種類の制御システムは操作者の作業を中断し、作業工具が限界位置または境界に沿って容易に移動することを妨げる可能性がある。 Prior art work machines that include a control system such as described in US Pat. No. 5,697,097, which are useful for ensuring that work implement assemblies do not pass beyond pre-specified limits Can reduce the efficiency of the work machine when the work tool is operating near a pre-specified limit position. When the work tool approaches a predetermined limit position and the valve is closed, the operator may have to continue drilling the work site with a new input instruction. Thus, these types of control systems can interrupt the operator's work and prevent the work tool from easily moving along the limit position or boundary.

米国特許第６，４１５，６０４号明細書US Pat. No. 6,415,604

本発明は、先行技術の１つ以上の不都合を克服する。 The present invention overcomes one or more disadvantages of the prior art.

一形態では、本発明の明細書は、作業工具の運動を制御するための方法に関する。本方法は、予め規定された掘削境界を識別し、また作業工具の現在の位置を決定するステップを含む。作業工具の位置を変更するために制御信号が生成される。作業工具に対する要求動作ベクトルは制御信号に基づき決定される。決定された力が生成されて作業工具に印加される。決定された力は要求動作ベクトルに基づき、かつ予め規定された掘削境界に作業工具が交差することを防止するようにスケーリングされる垂直成分を有する。 In one aspect, the present specification relates to a method for controlling the movement of a work tool. The method includes identifying a predefined excavation boundary and determining a current position of the work tool. A control signal is generated to change the position of the work tool. The required motion vector for the work tool is determined based on the control signal. The determined force is generated and applied to the work tool. The determined force is based on the required motion vector and has a vertical component that is scaled to prevent the work tool from crossing a predefined excavation boundary.

他の形態では、本発明の明細書は、作業器具組立体の作業工具用の制御システムに関する。システムは、作業器具組立体と関連付けられ、かつ作業工具の現在の位置を示すパラメータを感知するように適合された少なくとも１つのセンサを含む。入力装置は、制御信号を生成して作業工具の位置を変更するように動作可能である。制御モジュールは、予め規定された掘削境界を記憶するように適合されたメモリを有する。制御モジュールは、作業工具の現在の位置を決定するように、入力装置から制御信号を受信するように、また入力装置から受信された制御信号に基づき作業工具に対する要求動作ベクトルを決定するように適合される。制御モジュールは、決定された力を生成して作業工具に印加するようにさらに適合される。決定された力は要求動作ベクトルに基づき、かつ予め規定された掘削境界に作業工具が交差することを防止するようにスケーリングされる垂直成分を有する。 In another aspect, the present specification relates to a control system for a work tool of a work implement assembly. The system includes at least one sensor associated with the work implement assembly and adapted to sense a parameter indicative of a current position of the work tool. The input device is operable to generate a control signal to change the position of the work tool. The control module has a memory adapted to store predefined excavation boundaries. The control module is adapted to determine a current position of the work tool, to receive a control signal from the input device, and to determine a required motion vector for the work tool based on the control signal received from the input device. Is done. The control module is further adapted to generate and apply the determined force to the work tool. The determined force is based on the required motion vector and has a vertical component that is scaled to prevent the work tool from crossing a predefined excavation boundary.

図１は、作業機械１００の関連部分の例示的な実施形態を示している。多種多様な土工および建設用途のために、作業機械１００を使用することが可能である。作業機械１００はバックホーローダとして示されているが、他のタイプの作業機械１００、例えば、エキスカベータ、フロントショベル、材料ハンドラ等を、開示したシステムの実施形態に使用し得ることが指摘される。 FIG. 1 illustrates an exemplary embodiment of relevant portions of work machine 100. The work machine 100 can be used for a wide variety of earthwork and construction applications. Although the work machine 100 is shown as a backhoe loader, it is pointed out that other types of work machines 100, such as excavators, front shovels, material handlers, etc., may be used in the disclosed system embodiments. .

作業機械１００は、本体１０１と、例えば、作業機械１００にすべて制御可能に取り付けられるブーム１０４、スティック１０６、伸長可能なスティック（Ｅ−スティック）１０８、および作業工具１１０を含むいくつかの構成部材を有する作業器具組立体１０２とを含む。公知のように、ブーム１０４は本体１０１に旋回可能に連結され、スティック１０６はブーム１０４に旋回可能に取り付けられ、Ｅ−スティック１０８はスティック１０６と摺動可能に関連付けられ、また作業工具１１０はＥ−スティック１０８に旋回可能に取り付けられる。作業器具組立体１０２は、本体１０１に対して略水平方向および略垂直方向に旋回することが可能である。 The work machine 100 includes a main body 101 and several components including, for example, a boom 104, a stick 106, an extendable stick (E-stick) 108, and a work tool 110 that are all controllably attached to the work machine 100. And a work implement assembly 102. As is known, the boom 104 is pivotally connected to the body 101, the stick 106 is pivotally attached to the boom 104, the E-stick 108 is slidably associated with the stick 106, and the work tool 110 is E -Pivotally attached to the stick 108; The work implement assembly 102 can pivot in a substantially horizontal direction and a substantially vertical direction with respect to the main body 101.

アクチュエータ１１２は、作業器具組立体１０２の構成部材のそれぞれの間に連結し得る。アクチュエータ１１２のそれぞれは、旋回可能におよび／または摺動可能に連結された構成部材の間で運動を行うように適合可能である。アクチュエータ１１２は、例えば油圧シリンダでもよい。当分野で公知のように、アクチュエータ１１２の運動は、アクチュエータ１１２への流体流の速度および方向を制御することによって制御し得る。 Actuators 112 may be coupled between each of the components of work implement assembly 102. Each of the actuators 112 is adaptable to perform movement between components that are pivotably and / or slidably coupled. The actuator 112 may be a hydraulic cylinder, for example. As is known in the art, the motion of the actuator 112 may be controlled by controlling the speed and direction of fluid flow to the actuator 112.

図２に示したように、油圧シリンダ弁２１４は、アクチュエータ１１２に通じる流体ラインに配置し得る。弁２１４は、アクチュエータへのまたそこからの流体流を制御するように適合可能である。流体流を調整して、関連アクチュエータ１１２および作業器具組立体１０２の構成部材の運動速度および運動方向を制御するために、弁２１４の位置を調整し得る。 As shown in FIG. 2, the hydraulic cylinder valve 214 may be located in a fluid line that leads to the actuator 112. The valve 214 is adaptable to control fluid flow to and from the actuator. The position of the valve 214 may be adjusted to adjust the fluid flow to control the speed and direction of motion of the associated actuator 112 and work implement assembly 102 components.

図２は、作業器具組立体１０２の運動を制御するように適合された例示的な制御装置２００を示している。制御装置２００は、１つ以上の位置センサ２０２、１つ以上の力センサ２０４、入力装置２０６、および制御モジュール２０８を含み得る。制御装置２００は、当業者が容易に理解できるような他の構成部材を含んでもよい。 FIG. 2 shows an exemplary controller 200 adapted to control movement of the work implement assembly 102. The control device 200 may include one or more position sensors 202, one or more force sensors 204, an input device 206, and a control module 208. The control device 200 may include other components that can be easily understood by those skilled in the art.

位置センサ２０２は、作業器具組立体１０２の構成部材の運動を感知するように構成可能である。これらの位置センサ１０２は、例えば、アクチュエータ１１２に動作可能に結合し得る。代わりに、位置センサ２０２は、作業器具組立体１０２の様々な構成部材を連結する継手に動作可能に結合してもよい。これらのセンサは、例えば、長さポテンショメータ、無線周波数共鳴センサ、ロータリポテンショメータ、角度位置センサ等でもよい。 The position sensor 202 can be configured to sense movement of components of the work implement assembly 102. These position sensors 102 may be operatively coupled to an actuator 112, for example. Alternatively, the position sensor 202 may be operably coupled to a coupling that connects various components of the work implement assembly 102. These sensors may be, for example, length potentiometers, radio frequency resonance sensors, rotary potentiometers, angular position sensors, and the like.

力センサ２０４は、作業器具組立体１０２に印加される外部負荷を測定するように適合可能である。例示的な一実施形態では、力センサ２０４は、アクチュエータ１１２のすべての中の流体圧力を測定するための圧力センサであり得る。アクチュエータ１１２内の流体圧力は、印加される負荷の大きさを決定するために利用し得る。この例示的な実施形態では、力センサ２０４は、それぞれのアクチュエータ１１２と関連する２つの圧力センサから構成することが可能であり、１つの圧力センサは、アクチュエータ１１２のそれぞれの端部に位置決めされる。他の例示的な実施形態では、力センサ２０４は、それぞれのアクチュエータ１１２と直列の単一の歪みゲージロードセルであり得る。位置センサ２０２および力センサ２０４は、従来の信号励起スケーリングおよびフィルタリング用の信号コンディショナ（図示せず）と通信し得る。例示的な一実施形態では、それぞれの個々の位置センサおよび力センサ２０２、２０４はそのセンサハウジング内に信号コンディショナを収容してもよい。 The force sensor 204 is adaptable to measure an external load applied to the work implement assembly 102. In one exemplary embodiment, force sensor 204 may be a pressure sensor for measuring fluid pressure in all of actuators 112. The fluid pressure within the actuator 112 can be utilized to determine the magnitude of the applied load. In this exemplary embodiment, force sensor 204 can be comprised of two pressure sensors associated with each actuator 112, with one pressure sensor positioned at each end of actuator 112. . In other exemplary embodiments, force sensor 204 may be a single strain gauge load cell in series with each actuator 112. Position sensor 202 and force sensor 204 may communicate with a signal conditioner (not shown) for conventional signal excitation scaling and filtering. In one exemplary embodiment, each individual position sensor and force sensor 202, 204 may house a signal conditioner within its sensor housing.

制御装置２００はまた、情報または操作者指示を入力して、作業器具組立体１０２のような作業機械１００の構成部材を制御するために使用される入力装置２０６を含み得る。入力装置２０６は、例えば、作業器具組立体１０２の要求された動作を表す制御信号を生成するために使用し得る。入力装置２０６は、例えば、キーボード、ジョイスティック、キーパッド、マウス等を含む公知の任意の標準入力装置であり得る。 The controller 200 may also include an input device 206 that is used to input information or operator instructions to control components of the work machine 100 such as the work implement assembly 102. Input device 206 may be used, for example, to generate a control signal that represents the requested operation of work implement assembly 102. Input device 206 may be any known standard input device including, for example, a keyboard, joystick, keypad, mouse, and the like.

位置センサ２０２、力センサ２０４、および入力装置２０６は、制御モジュール２０８と電気通信し得る。制御モジュール２０８は作業機械１００に配置し得るか、あるいは代わりに、作業機械１００から遠隔にあり、リモートリンクを介して作業機械１００と通信してもよい。 Position sensor 202, force sensor 204, and input device 206 may be in electrical communication with control module 208. The control module 208 may be located on the work machine 100, or alternatively, may be remote from the work machine 100 and communicate with the work machine 100 via a remote link.

制御モジュール２０８は、プロセッサ２１０およびメモリ２１２を収容することが可能である。公知のように、プロセッサはマイクロプロセッサまたは他のプロセッサでもよく、またコンピュータで読み取り可能なコードまたはコンピュータプログラミングを行使して、機能を実行するように構成可能である。メモリ２１２はプロセッサ２１０と通信することが可能であり、作業器具組立体１０２の公知の仕様に対応するアルゴリズムおよびデータを含むコンピュータプログラムおよび行使可能なコードの記憶を行い得る。 The control module 208 can accommodate the processor 210 and the memory 212. As is known, the processor may be a microprocessor or other processor and may be configured to perform functions by exercising computer readable code or computer programming. Memory 212 may be in communication with processor 210 and may store computer programs and exerciseable code including algorithms and data corresponding to known specifications of work implement assembly 102.

例示的な一実施形態では、メモリ２１２は、予め規定された掘削境界を記憶するように適合される。予め規定された掘削境界は掘削地点の所望の構造を表すことが可能であり、平坦な境界、または任意に賦形された表面であり得る。予め規定された掘削境界は、例えば、設計図から獲得して制御モジュール２０８内にプログラミングし、グラフィックインタフェースを介して形成するか、あるいはＣＡＤ／ＣＡＭ等のプログラムによって生成されたデータから獲得し得る。 In one exemplary embodiment, the memory 212 is adapted to store predefined drilling boundaries. The predefined excavation boundary can represent the desired structure of the excavation point and can be a flat boundary or an arbitrarily shaped surface. The predefined excavation boundary can be obtained, for example, from a blueprint and programmed into the control module 208, formed via a graphic interface, or obtained from data generated by a program such as CAD / CAM.

さらに、メモリ２１２は、しきい値境界を記憶するように適合可能である。しきい値境界を制御モジュール２０８内にプログラミングして、予め規定された掘削境界から指定距離だけオフセットされる境界を提供することが可能である。以下により詳細に記載するように、作業工具１１０がしきい値境界内にあり、かつ予め規定された掘削境界に近接した位置にあるとき、作業器具組立体１０２の制御を変更してもよい。 Further, the memory 212 can be adapted to store threshold boundaries. A threshold boundary can be programmed into the control module 208 to provide a boundary that is offset by a specified distance from a predefined excavation boundary. As described in more detail below, control of the work implement assembly 102 may be altered when the work tool 110 is within a threshold boundary and in a position proximate to a predefined excavation boundary.

制御モジュール２０８は、位置センサ２０２および力センサ２０４によって獲得された情報を処理して、作業工具１１０の現在の位置およびそれに対し印加される現在の力を決定するように構成可能である。制御モジュールはまた、予め規定された掘削境界に対し略垂直かつ略平行の現在の垂直力および現在の平行力をそれぞれ含む成分に、現在の力を変換するように構成可能である。制御モジュール２０８は、標準運動学または逆運動学の分析を利用して、作業工具１１０の位置およびそれに対する力を決定し得る。 The control module 208 can be configured to process the information obtained by the position sensor 202 and the force sensor 204 to determine the current position of the work tool 110 and the current force applied thereto. The control module can also be configured to convert the current force into a component that includes a current normal force and a current parallel force, respectively, substantially perpendicular and substantially parallel to the predefined excavation boundary. The control module 208 may utilize standard kinematics or inverse kinematics analysis to determine the position of the work tool 110 and the force against it.

制御モジュール２０８はまた、作業器具組立体１０２の運動を要求する入力装置２０６から制御信号を受信かつ解釈するように適合可能である。制御信号が動作速度に対する要求である場合、制御モジュール２０８はこれらの速度を距離に変換するように適合可能である。これらの制御信号に基づき、制御モジュール２０８は、入力装置２０６からの制御信号に基づき、作業器具組立体１０２に対する要求動作ベクトルを決定し得る。同様に、制御モジュール２０８は、要求動作ベクトルを要求垂直成分および要求平行成分に変換するように構成可能である。これらの成分は、それぞれ、予め規定された掘削境界に対し垂直および平行であり得る。 The control module 208 is also adaptable to receive and interpret control signals from the input device 206 that requires movement of the work implement assembly 102. If the control signal is a request for operating speeds, the control module 208 can be adapted to convert these speeds into distances. Based on these control signals, the control module 208 can determine a required motion vector for the work implement assembly 102 based on the control signals from the input device 206. Similarly, the control module 208 can be configured to convert the required motion vector into a required vertical component and a required parallel component. Each of these components can be perpendicular and parallel to a predefined excavation boundary.

例示的な一実施形態では、制御モジュール２０８は、要求垂直成分をスケーリングして、予め規定された掘削境界に対する修正またはスケーリングされた垂直力を生成し得る。要求垂直成分の大きさは、作業工具１１０が掘削境界に近接して追随することを保証するようにスケーリング可能である。スケーリングの大きさは、作業工具１１０に対する掘削境界の近さに基づいてもよく、入力装置２０６からの制御信号によってさらに規定し得る。制御モジュールは、現在の垂直力が時間の経過につれ変化して、スケーリングされた垂直力に一層密接に整合するように、作業工具１１０に対する力を調整するために必要な力を表す必要垂直力を計算するように適合可能である。 In one exemplary embodiment, the control module 208 may scale the required vertical component to generate a corrected or scaled normal force for a predefined excavation boundary. The magnitude of the required vertical component can be scaled to ensure that the work tool 110 follows close to the excavation boundary. The magnitude of the scaling may be based on the proximity of the excavation boundary with respect to the work tool 110 and may be further defined by a control signal from the input device 206. The control module changes the required normal force to represent the force required to adjust the force on the work tool 110 so that the current normal force changes over time to more closely match the scaled normal force. It can be adapted to calculate.

制御モジュール２０８は、センサ２０２、２０４から獲得された情報、入力装置２０６からの制御信号、および動作要求を生成するための要求動作ベクトルを処理するように適合可能である。動作要求は、弁２１４に送信してアクチュエータ１１２を移動し得る処理後の制御信号を表すことが可能である。 The control module 208 can be adapted to process information obtained from the sensors 202, 204, control signals from the input device 206, and requested motion vectors to generate motion requests. The motion request can represent a processed control signal that can be sent to the valve 214 to move the actuator 112.

制御モジュール２０８は、入力装置２０６からの制御信号に基づき制御信号を異なって処理するように適合可能である。例えば、制御モジュール２０８は、調整モードによる動作時に最初に制御信号を処理することが可能であり、調整モードで動作しないときに異なる方法で制御信号を処理し得る。言い換えれば、調整モードの作動または非作動により、制御信号の処理方法の変更が可能である。例示的な一実施形態では、調整モードは、要求垂直成分をスケーリングして、スケーリングされた垂直力を生成するスケーリング特徴部を作動および非作動にするために使用し得る。入力装置２０６は、例えば、ボタン、トリガ、および／またはスライダによって生成された信号により、調整モード、またはスケーリング特徴部を作動し得る。例示的な一実施形態では、調整モードは、入力装置２０６の親指ボタンが押される限りにおいてのみアクティブである。調整モードを制御するプログラミングまたは行使可能なコードは、メモリ２１２に記憶して、プロセッサ２１０によって処理し得る。 The control module 208 can be adapted to process the control signal differently based on the control signal from the input device 206. For example, the control module 208 may initially process the control signal when operating in the adjustment mode and may process the control signal differently when not operating in the adjustment mode. In other words, the control signal processing method can be changed by operating or not operating the adjustment mode. In one exemplary embodiment, the adjustment mode may be used to scale the required vertical component to activate and deactivate a scaling feature that generates a scaled normal force. The input device 206 may activate an adjustment mode, or scaling feature, for example, with signals generated by buttons, triggers, and / or sliders. In one exemplary embodiment, the adjustment mode is only active as long as the thumb button of the input device 206 is pressed. Programmable or enforceable code that controls the adjustment mode may be stored in the memory 212 and processed by the processor 210.

例示的な一実施形態では、制御装置２００はまた、作業器具組立体１０２と関連付けられた速度トランスデューサを含むことが可能である。本実施形態では、制御モジュール２０８は速度運動学分析を利用して、作業器具組立体１０２の構成部材の速度を制御し、これによって作業工具１１０の運動を制御し得る。 In one exemplary embodiment, the controller 200 can also include a velocity transducer associated with the work implement assembly 102. In this embodiment, the control module 208 may utilize velocity kinematic analysis to control the speed of the components of the work implement assembly 102 and thereby control the movement of the work tool 110.

図３は、作業器具組立体１０２の運動を制御するための方法を示している。図３は、制御装置２００によって実行されるステップを有するフローチャート３００を示している。図４は、予め規定された掘削境界に沿って移動する作業器具組立体１０２の例示的な実施形態を示している。 FIG. 3 illustrates a method for controlling the movement of the work implement assembly 102. FIG. 3 shows a flowchart 300 having steps performed by the control device 200. FIG. 4 illustrates an exemplary embodiment of a work implement assembly 102 that moves along a predefined excavation boundary.

以下の説明は、作業工具１１０を制御するための上述のシステムの動作および機能性を記載している。図３は、ステップ３０２で開始するフローチャート３００を示している。開始ステップ３０２は、上述のように、境界しきい値と共に、予め規定された掘削境界を制御モジュール２０８内に記憶することを含み得る。開始ステップ３０２はまた、作業機械１００の動力供給を含み得るか、あるいは代わりに、作業機械１００の制御モジュール２０８のメモリ２１２内に記憶されたある動作モードまたは予めプログラミングされたシーケンスへの切り換えを含んでもよい。 The following description describes the operation and functionality of the system described above for controlling the work tool 110. FIG. 3 shows a flowchart 300 that begins at step 302. The starting step 302 may include storing a predefined excavation boundary in the control module 208 along with the boundary threshold as described above. The start step 302 may also include powering the work machine 100, or alternatively, switching to a certain operating mode or pre-programmed sequence stored in the memory 212 of the control module 208 of the work machine 100. But you can.

ステップ３０４において、制御モジュール２０８は、位置センサ２０２および／または力センサ２０４を用いて、アクチュエータ１１２の位置および作業工具１１０に印加される力を監視する。センサ２０２、２０４は制御モジュール２０８と電子通信し、測定された情報を表す信号を送信する。ステップ３０６では、制御モジュール２０８は、位置センサ２０２および力センサ２０４から受信された信号と、記憶された幾何学計算および運動学計算とに基づき、作業工具１１０の現在の位置および現在の作業工具力として作業工具１１０に印加される現在の力を決定する。ステップ３０７では、制御モジュールは、現在の作業工具力を、予め規定された掘削境界に対する現在の垂直力および現在の平行力に変換する。現在の垂直力は、予め規定された掘削境界に対し垂直を指す現在の作業工具力の成分であり、一方、現在の平行力は、予め規定された掘削境界に対し平行の方向を指す現在の作業工具力の成分である。 In step 304, control module 208 uses position sensor 202 and / or force sensor 204 to monitor the position of actuator 112 and the force applied to work tool 110. Sensors 202, 204 are in electronic communication with control module 208 and send signals representing the measured information. In step 306, the control module 208 determines the current position of the work tool 110 and the current work tool force based on the signals received from the position sensor 202 and force sensor 204 and the stored geometric and kinematic calculations. The current force applied to the work tool 110 is determined. In step 307, the control module converts the current work tool force into a current normal force and a current parallel force against a predefined excavation boundary. The current normal force is a component of the current work tool force that points perpendicular to the predefined excavation boundary, while the current parallel force is the current that points in a direction parallel to the predefined excavation boundary. It is a component of work tool force.

ステップ３０８において、作業機械１００の操作者は入力装置２０６を操作して、入力装置２０６から制御モジュール２０８に送信される制御信号を生成する。制御信号は、例えば、作業器具組立体１０２を現在の位置から新しい位置に移動させるような作業器具組立体１０２に対する動作の要求を表し得る。入力装置２０６は、ゼロ信号から最大制御信号の範囲の制御信号を供給するように適合可能である。制御信号は、３００ｍｍ／秒のような要求速度を表すことが可能であり、次に、この要求速度は、制御モジュール２０８によって、位置の変更、すなわち、フローチャート３００の１つの計算サイクルで達成し得る小さな動作に変換することが可能である。例えば、３００ｍｍ／秒の運動に対する要求は、０．０１秒の計算サイクル時間で３ｍｍに対する要求に変換し得る。 In step 308, the operator of the work machine 100 operates the input device 206 to generate a control signal transmitted from the input device 206 to the control module 208. The control signal may represent, for example, an operational request for the work implement assembly 102 to move the work implement assembly 102 from a current position to a new position. Input device 206 is adaptable to provide a control signal ranging from zero signal to a maximum control signal. The control signal can represent a required speed, such as 300 mm / sec, which can then be achieved by the control module 208 in a position change, ie, one calculation cycle of the flowchart 300. It can be converted into a small motion. For example, a demand for 300 mm / second motion can be translated into a demand for 3 mm with a calculation cycle time of 0.01 seconds.

ステップ３１０において、制御モジュール２０８は、入力装置２０６から送信された制御信号に基づき要求動作ベクトルを計算する。要求動作ベクトルは、制御信号によって示される大きさおよび方向を有する。例えば、入力装置２０６の小さな運動により、小さな大きさを有する要求動作ベクトルが得られ、一方、入力装置２０６の比較的大きな運動により、比較的大きな大きさを有する要求動作ベクトルが得られる。制御モジュール２０８は、要求動作ベクトルをさらに処理して、予め規定された掘削境界に対する要求垂直成分および要求平行成分に変換する。要求垂直成分は、予め規定された掘削境界に対し垂直を指す要求動作ベクトルの成分であり、一方、要求平行成分は、予め規定された掘削境界に対し平行の方向を指す要求動作ベクトルの成分である。 In step 310, the control module 208 calculates a requested motion vector based on the control signal transmitted from the input device 206. The requested motion vector has a magnitude and direction indicated by the control signal. For example, a small motion of the input device 206 can result in a required motion vector having a small magnitude, while a relatively large motion of the input device 206 can result in a demand motion vector having a relatively large magnitude. The control module 208 further processes the required motion vector to convert it into a required vertical component and a required parallel component for a predefined excavation boundary. The requested vertical component is a component of a requested motion vector that points perpendicular to a predefined excavation boundary, while the requested parallel component is a component of the requested motion vector that points in a direction parallel to the predefined excavation boundary. is there.

図４は、予め規定された掘削境界４０８に沿った作業器具組立体１０２の運動に対する要求動作ベクトル４０２を示している。上述のように、要求動作ベクトル４０２は、入力装置２０６からの制御信号に基づき生成される。制御モジュール２０８は要求動作ベクトル４０２を処理し、それを要求垂直成分４０４および要求平行成分４０６に変換する。同様に、しきい値境界４１０を制御モジュール２０８内にプログラミングし、予め規定された掘削境界４０８から指定距離だけオフセットされる境界を提供することが可能である。このしきい値境界距離は、予め規定された掘削境界４０８に対する作業工具１１０の近さの故に、作業器具組立体１０２の交互の制御を作動するために利用し得る。このようにして、制御モジュール２０８は、作業工具１１０が掘削境界４０８を通過しないことを保証し得る。 FIG. 4 shows a required motion vector 402 for movement of the work implement assembly 102 along a predefined excavation boundary 408. As described above, the required action vector 402 is generated based on the control signal from the input device 206. The control module 208 processes the requested motion vector 402 and converts it into a requested vertical component 404 and a requested parallel component 406. Similarly, a threshold boundary 410 can be programmed into the control module 208 to provide a boundary that is offset by a specified distance from a predefined excavation boundary 408. This threshold boundary distance may be utilized to activate alternate control of the work implement assembly 102 due to the proximity of the work tool 110 to the predefined excavation boundary 408. In this way, the control module 208 can ensure that the work tool 110 does not pass through the excavation boundary 408.

図３に戻ると、ステップ３１２において、制御モジュール２０８は、要求動作ベクトルが、予め規定された掘削境界に向かって指す要求垂直成分を含むかどうかを決定し得る。要求動作ベクトルが、予め規定された掘削境界に向かって指す垂直成分を含まない場合、要求動作は、予め規定された掘削境界に対し平行であるかまたはそこから離れている。作業工具１１０が、予め規定された掘削境界を通過する機会はないので、制御モジュール２０８は、ステップ３１４において、要求動作ベクトルに等しい動作要求を生成する。上述のように、動作要求は、弁２１４に送信してアクチュエータ１１２を移動し得る処理後の制御信号を表す。したがって、ステップ３１２において、要求動作ベクトルが、予め規定された掘削境界に対し垂直のおよびその中への成分を有しない場合、制御モジュール２０８から弁２１４に送信される動作要求は要求動作ベクトルと等価である。 Returning to FIG. 3, at step 312, the control module 208 may determine whether the requested motion vector includes a requested vertical component that points toward a predefined excavation boundary. If the requested motion vector does not contain a vertical component pointing towards the predefined excavation boundary, the requested motion is parallel to or away from the predefined excavation boundary. Since the work tool 110 has no opportunity to cross the predefined excavation boundary, the control module 208 generates an operation request equal to the requested operation vector at step 314. As described above, the motion request represents a processed control signal that can be transmitted to the valve 214 to move the actuator 112. Thus, in step 312, if the requested motion vector does not have a component normal to and into the predefined excavation boundary, the motion request sent from control module 208 to valve 214 is equivalent to the requested motion vector. It is.

ステップ３１２において、予め規定された掘削境界に向かって指す要求垂直成分を要求動作ベクトルが含む場合、制御モジュール２０８は、作業工具１１０の現在の位置が、しきい値境界４１０と予め規定された掘削境界４０８との間にあるかどうかをステップ３１６で質問する。図４を参照して上述したように、しきい値境界４１０は、予め規定された掘削境界４０８に対し平行のおよびそこからオフセットされた境界である。しきい値境界は、予め規定された掘削境界４０８に対する作業工具１１０の近さの故に、作業器具組立体１０２の交互の制御を作動するために利用し得る。 In step 312, if the requested motion vector includes a requested vertical component that points toward a predefined excavation boundary, the control module 208 determines that the current position of the work tool 110 is a predefined excavation with a threshold boundary 410. Step 316 asks if it is between the boundary 408. As described above with reference to FIG. 4, the threshold boundary 410 is a boundary that is parallel to and offset from the predefined excavation boundary 408. The threshold boundary may be utilized to activate the alternating control of the work implement assembly 102 due to the proximity of the work tool 110 to the predefined excavation boundary 408.

ステップ３１６において、作業工具１１０の現在の位置がしきい値境界と予め規定された掘削境界との間にある場合、制御モジュール２０８は、調整モードがアクティブであるかどうかをステップ３１８で質問する。上述のように、調整モードは、入力装置２０６からの制御信号をある方法で処理するための制御モジュール２０８内にプログラミングされたモードであり得る。例示的な一実施形態では、調整モードは、要求垂直成分をスケーリングして、スケーリングされた垂直力を生成するスケーリング特徴部を作動および非作動にするために使用し得る。例示的な一実施形態では、調整モードは、入力装置２０６の親指ボタンが押される限り作動される。 If, at step 316, the current position of the work tool 110 is between the threshold boundary and the predefined excavation boundary, the control module 208 queries at step 318 whether the adjustment mode is active. As described above, the adjustment mode may be a mode programmed into the control module 208 for processing control signals from the input device 206 in some manner. In one exemplary embodiment, the adjustment mode may be used to scale the required vertical component to activate and deactivate a scaling feature that generates a scaled normal force. In one exemplary embodiment, the adjustment mode is activated as long as the thumb button of the input device 206 is pressed.

ステップ３１８において、調整モードがアクティブでない場合、制御モジュール２０８は、ステップ３２０において、作業器具組立体１０２の現在の位置に等しい動作要求を生成する。動作要求は現在の位置に等しいので、動作要求は、現在の位置からの移動要求を含まず、したがって作業工具１１０は現在の位置に留まる。これは、ゼロ動作要求と考えられる。このことは、予め規定された掘削境界を越えて作業工具１１０が通過しないことを制御モジュール２０８が保証することを可能にする。 If the adjustment mode is not active at step 318, the control module 208 generates an operation request equal to the current position of the work implement assembly 102 at step 320. Since the motion request is equal to the current position, the motion request does not include a move request from the current position, so the work tool 110 remains at the current position. This is considered a zero operation requirement. This allows the control module 208 to ensure that the work tool 110 does not pass beyond a predefined excavation boundary.

ステップ３１８において、調整モードがアクティブである場合、制御モジュール２０８は、垂直成分スケーリング係数を用いて、要求動作ベクトルの要求垂直成分をステップ３２２のスケーリングされた垂直力にスケーリングすることによって、作業工具１１０に印加すべき力を決定し得る。スケーリングされた垂直力は、要求動作ベクトルの要求垂直成分の大きさに対応するように設定されるスケーリングされた力の大きさを表す。垂直成分スケーリング係数は、マップ式、線形式、または非線形式でもよく、予め規定された掘削境界からの作業工具１１０の距離に基づいてもよいことを留意すべきである。フローチャート３００の次の複数のステップ中に参照される実施例は、制御モジュール２０８による操作を示している。本実施例では、要求垂直成分は３ｍｍに等しく、垂直成分スケーリング係数は２００ポンド（ｌｂ）／ｍｍである。したがって、スケーリングされた垂直力は６００ポンド（ｌｂ）に等しい。 In step 318, if the adjustment mode is active, the control module 208 uses the vertical component scaling factor to scale the required vertical component of the required motion vector to the scaled normal force of step 322, thereby enabling the work tool 110. The force to be applied to can be determined. The scaled normal force represents the magnitude of the scaled force that is set to correspond to the magnitude of the required vertical component of the required motion vector. It should be noted that the vertical component scaling factor may be map, linear, or non-linear and may be based on the distance of the work tool 110 from a predefined excavation boundary. The embodiment referred to during the next steps of flowchart 300 illustrates the operation by control module 208. In this example, the required vertical component is equal to 3 mm and the vertical component scaling factor is 200 pounds (lb) / mm. Thus, the scaled normal force is equal to 600 pounds (lb).

ステップ３２３において、制御モジュール２０８は、スケーリングされた垂直力と、ステップ３０７で決定された現在の垂直力とを比較し得る。この比較は、スケーリングされた垂直力と現在の垂直力との間の差を確認することを含み得る。この例に続き、現在の垂直力が１００ポンド（ｌｂ）である場合、６００ポンド（ｌｂ）のスケーリングされた垂直力と１００ポンド（ｌｂ）の現在の垂直力とを比較することにより、５００ポンド（ｌｂ）の差が得られる。 At step 323, the control module 208 may compare the scaled normal force with the current normal force determined at step 307. This comparison may include ascertaining the difference between the scaled normal force and the current normal force. Continuing with this example, if the current normal force is 100 pounds (lb), comparing the scaled normal force of 600 pounds (lb) with the current normal force of 100 pounds (lb) will yield 500 pounds The difference of (lb) is obtained.

次に、ステップ３２４において、制御モジュール２０８は必要な垂直動作を計算する。必要な垂直動作は、スケーリングされた垂直力に対応するように現在の垂直力を変更するための作業工具１１０の動作の大きさを表し得る。必要な垂直動作は、マップ式、線形式、または非線形式であり得る動作スケーリング係数に基づいてもよい。実施例を用いて、必要な垂直動作は、現在の垂直力を５００ポンド（ｌｂ）だけ増加するために必要な動作の大きさを表し、この結果、必要な垂直動作は、６００ポンド（ｌｂ）のスケーリングされた垂直力に対応する。本実施例では、動作スケーリング係数は０．００１である。したがって、現在の垂直力を５００ポンド（ｌｂ）だけ増加するために、制御モジュール２０８は０．５ｍｍの必要な垂直動作を計算する。スケーリングされた垂直力と現在の垂直力との差を変換するために利用される動作スケール係数は、要求垂直成分を許容可能な力要求に変換するために利用される垂直成分スケーリング係数の逆数よりも小さく、すなわち、例えば０．００１＜１／２００であることを留意すべきである。このことにより、予め規定された掘削境界を越えてシステムが作業工具１１０を過補正せず、また駆動しないことが保証される。作業工具１１０の現在の位置に応じて、制御モジュール２０８はまた、追加の補正値を適用して、予め規定された掘削境界を作業工具１１０が通過しないか、あるいは作業工具が境界を通過した場合、予め規定された掘削境界に戻ることを保証し得る。作業工具１１０が必要な垂直動作の距離を移動する前に、スケーリングされた垂直力に達する場合、現在の垂直力と要求垂直力との差はゼロになる。したがって、追加の垂直動作は要求されない。 Next, in step 324, the control module 208 calculates the required vertical motion. The required vertical motion may represent the magnitude of the motion of the work tool 110 to change the current normal force to correspond to the scaled normal force. The required vertical motion may be based on motion scaling factors, which may be map, linear, or non-linear. Using the example, the required vertical motion represents the amount of motion required to increase the current vertical force by 500 pounds (lb), so that the required vertical motion is 600 pounds (lb). Corresponds to the scaled normal force of. In this embodiment, the operation scaling factor is 0.001. Thus, to increase the current normal force by 500 pounds (lb), the control module 208 calculates the required vertical motion of 0.5 mm. The motion scale factor used to convert the difference between the scaled normal force and the current normal force is the inverse of the normal component scaling factor used to convert the required vertical component into an acceptable force requirement. It should be noted that is also small, for example 0.001 <1/200. This ensures that the system does not overcorrect and drive the work tool 110 beyond the predefined excavation boundary. Depending on the current position of the work tool 110, the control module 208 also applies an additional correction value so that the work tool 110 does not pass the predefined excavation boundary or if the work tool passes the boundary. To return to a pre-defined excavation boundary. If the scaled normal force is reached before the work tool 110 moves the required vertical motion distance, the difference between the current normal force and the required normal force is zero. Thus, no additional vertical motion is required.

ステップ３２５において、制御モジュールは、要求平行成分と必要な垂直動作との組み合わせに等しい動作要求を生成する。このようにして、動作要求は現在の垂直力をスケーリングされた垂直力に増加する。 In step 325, the control module generates a motion request equal to the combination of the required parallel component and the required vertical motion. In this way, the motion demand increases the current normal force to a scaled normal force.

ステップ３１６に戻って、作業工具１１０の現在の位置がしきい値境界と予め規定された掘削境界との間にない場合、ステップ３２６において、制御モジュール２０８は、調整モードがアクティブであるかどうかを質問する。ステップ３２６で調整モードがアクティブでない場合、制御モジュール２０８は、ステップ３１４の要求動作ベクトルに等しい動作要求を生成する。この理由は、作業工具１１０が、予め規定された掘削境界から相当離れていることがあり、作業工具１１０の運動の厳密な制御が必要とされないからである。したがって、作業器具組立体１０２の運動は完全に制約されない場合がある。 Returning to step 316, if the current position of the work tool 110 is not between the threshold boundary and the predefined excavation boundary, in step 326, the control module 208 determines whether the adjustment mode is active. Question. If the adjustment mode is not active at step 326, the control module 208 generates an action request equal to the requested action vector of step 314. This is because the work tool 110 may be far away from the predefined excavation boundary and strict control of the movement of the work tool 110 is not required. Accordingly, the movement of the work implement assembly 102 may not be completely constrained.

ステップ３２６において調整モードがアクティブである場合、制御モジュール２０８は、ステップ３２８の要求平行成分に等しい動作要求を生成し得る。したがって、ステップ３２８では、要求垂直成分を完全に消去することが可能であり、要求平行成分のみを残す。したがって、結果として得られた動作要求は、予め規定された掘削境界に対し平行に作業工具１１０を移動するための要求である。 If the adjustment mode is active at step 326, the control module 208 may generate an operation request equal to the request parallel component of step 328. Accordingly, in step 328, the required vertical component can be completely eliminated, leaving only the required parallel component. Therefore, the resulting motion request is a request to move the work tool 110 parallel to the predefined excavation boundary.

ステップ３３０において、制御モジュール２０８は、要求動作ベクトルから変更されるかあるいは変更されないか否かにかかわらず、動作要求を作業工具１１０の新しい所望の位置に変換する。次に、制御モジュール２０８は、作業工具１１０の所望の位置を変換して、ステップ３３２でアクチュエータ１１２の延伸の必要な変更を行うことが可能である。この変換は、逆運動学式を用いて達成してもよい。延伸の必要な変更は、作業工具１１０を所望の位置に移動するために必要な変更である。ステップ３３４では、制御モジュール２０８は、弁２１４を操作してアクチュエータ１１２を移動するための閉ループ制御装置に延伸の必要な変更を出力する。ステップ３３６において、本方法は終了する。 In step 330, the control module 208 converts the motion request to a new desired position of the work tool 110, whether or not it is modified from the demand motion vector. The control module 208 can then convert the desired position of the work tool 110 and make the necessary changes to the extension of the actuator 112 at step 332. This conversion may be accomplished using an inverse kinematic equation. The necessary change in stretching is a change necessary to move the work tool 110 to a desired position. In step 334, the control module 208 outputs the necessary changes to the extension to the closed loop controller for operating the valve 214 to move the actuator 112. In step 336, the method ends.

本発明の方法は、作業機械の操作者が、予め規定された掘削境界に沿って容易に掘削することを可能にする。さらに、本発明は、操作者が、予め規定された掘削境界に所望の垂直力を印加することを可能にする。垂直力により、操作者は、スケーリングの設定に応じて、掘削境界に沿って地面を固めるか、あるいは掘削境界に沿って作業工具１１０を摺動することが可能である。したがって、操作者は、掘削境界を通過することなく掘削境界をきれいに掘削できる。 The method of the present invention allows an operator of the work machine to easily excavate along a predefined excavation boundary. Furthermore, the present invention allows an operator to apply a desired normal force to a predefined excavation boundary. The normal force allows the operator to solidify the ground along the excavation boundary or slide the work tool 110 along the excavation boundary depending on the scaling setting. Therefore, the operator can excavate the excavation boundary cleanly without passing through the excavation boundary.

開示したシステムは、掘削工具以外の作業工具に使用することが可能である。例えば、開示したシステムは、表面を動力でブラッシングするかあるいは突き固めるときに使用することが可能であり、また本発明の明細書に記載したすべての構成部材を含まないかもしれない作業器具組立体に使用することが可能である。 The disclosed system can be used for work tools other than excavation tools. For example, the disclosed system can be used when power brushing or tamping a surface and may not include all the components described in the specification of the present invention. Can be used.

さらに、開示したシステムは、バックホーに使用される作業器具組立体を有する作業機械を参照して記載されているが、本発明は、エキスカベータ、バックホー、ショベラ、ブルドーザ、ローダ、および他の作業機械を含むがそれらに限定されない、境界に沿って採掘または掘削するように構成された任意の作業機械に使用することが可能である。他の実施形態は、本明細書およびそれに開示したシステムの実施を考慮すれば当業者には明白であろう。明細書および実施例は例示的なものに過ぎないと考えるべきであり、本明細書の真の範囲は次の特許請求の範囲によって示されることが意図される。 Further, while the disclosed system is described with reference to a work machine having a work implement assembly for use in a backhoe, the present invention is applicable to excavators, backhoes, shovelers, bulldozers, loaders, and other operations. It can be used with any work machine configured to mine or excavate along a boundary, including but not limited to machines. Other embodiments will be apparent to those skilled in the art from consideration of the specification and implementation of the system disclosed therein. It should be understood that the specification and examples are illustrative only and the true scope of the specification is intended to be indicated by the following claims.

本発明の使用に適した作業機械の部分の絵図である。FIG. 2 is a pictorial diagram of a portion of a work machine suitable for use with the present invention. 作業器具組立体を操作するための例示的な制御装置を示したブロックダイヤグラムである。2 is a block diagram illustrating an exemplary controller for operating a work implement assembly. 図１の作業機械の作業工具を制御するための例示的な方法を示したフローチャートである。2 is a flowchart illustrating an exemplary method for controlling a work tool of the work machine of FIG. 1. 掘削境界に沿って移動する作業器具組立体の概略図である。1 is a schematic view of a work implement assembly that moves along an excavation boundary. FIG.

Explanation of symbols

１００作業機械
１０１本体
１０２作業器具組立体
１０４ブーム
１０６スティック
１０８Ｅ−スティック
１１０作業工具
１１２アクチュエータ
２００制御装置
２０２位置センサ
２０４力センサ
２０６入力装置
２０８制御モジュール
２１０プロセッサ
２１２メモリ
２１４弁
３００フローチャート
３０２開始ステップ
３０４アクチュエータ変位および力を監視するステップ
３０６作業工具の現在の位置および力を決定するステップ
３０７作業工具力を現在の垂直力および現在の平行力に変換するステップ
３０８動作に対する要求を受信するステップ
３１０要求動作ベクトルを計算して変換するステップ
３１２要求動作ベクトルが掘削境界内への垂直成分を有するかどうかを決定するステップ
３１４要求平行成分に等しい動作要求を設定するステップ
３１６作業工具の現在の位置がしきい値境界と掘削境界との間にあるかどうかを決定するステップ
３１８調整モードが作動されるかどうかを決定するステップ
３２０現在の位置に等しい動作要求を設定するステップ
３２２スケーリングされた垂直力に要求垂直成分をスケーリングするステップ
３２３スケーリングされた垂直力と現在の垂直力とを比較するステップ
３２４必要な垂直動作を計算するステップ
３２５要求平行成分および必要な垂直動作に等しい動作要求を設定するステップ
３２６調整モードが作動されるかどうかを決定するステップ
３２８要求平行成分に等しい動作要求を設定するステップ
３３０動作要求を所望の位置に転換するステップ
３３２アクチュエータ延伸の必要な変更を決定するステップ
３３４所望のアクチュエータ延伸を出力することのステップ
３３６終了ステップ
４０２要求動作ベクトル
４０４要求垂直成分
４０６要求平行成分
４０８掘削境界
４１０しきい値境界 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Work machine 101 Main body 102 Work implement assembly 104 Boom 106 Stick 108 E-stick 110 Work tool 112 Actuator 200 Controller 202 Position sensor 204 Force sensor 206 Input device 208 Control module 210 Processor 212 Memory 214 Valve 300 Flowchart 302 Start step 304 Monitoring actuator displacement and force 306 determining current position and force of the work tool 307 converting work tool force into current normal force and current parallel force 308 receiving a request for action 310 request action Calculating and transforming the vector 312 determining whether the requested motion vector has a vertical component into the drilling boundary 314 to the requested parallel component Setting equal motion requirements 316 Determining whether the current position of the work tool is between the threshold boundary and the excavation boundary 318 Determining whether the adjustment mode is activated 320 Current position Setting the motion demand equal to 322 scaling the required vertical component to the scaled normal force 323 comparing the scaled normal force with the current normal force 324 calculating the required vertical motion 325 request parallel Setting the motion request equal to the component and the required vertical motion 326 Determining whether the adjustment mode is activated 328 Setting the motion request equal to the requested parallel component 330 Converting the motion request to the desired position 332 Necessary changes in actuator extension Step 334 Step 334 Step to output desired actuator extension 336 End step 402 Request motion vector 404 Request vertical component 406 Request parallel component 408 Drilling boundary 410 Threshold boundary

Claims

A method for controlling the movement of a work tool,
Identifying a predefined excavation boundary;
Determining the current position of the work tool;
Generating a control signal to change the position of the work tool;
Determining a required motion vector for the work tool based on the control signal;
Generating and applying a determined force to the work tool, the determined force being based on the required motion vector and scaled to prevent the work tool from crossing a predefined excavation boundary A method having a vertical component.

Determining the current force on the work tool;
Determining a magnitude of a current force component that is substantially perpendicular to at least a portion of the predefined excavation boundary;
Calculating the required motion of the work tool required to change the magnitude of the vertical component of the current force to correspond to the scaled vertical component; and
The method of claim 1, wherein the scaled vertical component magnitude is reduced to prevent the work tool from crossing a predefined excavation boundary.

A control system for a work tool of a work tool assembly,
At least one sensor associated with the work implement assembly and adapted to sense a parameter indicative of a current position of the work tool;
An input device operable to generate a control signal to change the position of the work tool;
A control module having a memory adapted to store a predefined excavation boundary, for determining a current position of the work tool, for receiving a control signal from the input device, and from the input device A control module adapted to determine a required motion vector for the work tool based on the received control signal; and
The control module is further adapted to generate and apply the determined force to the work tool, the determined force is based on the required motion vector and prevents the work tool from crossing a predefined excavation boundary A control system having a vertical component that is scaled to

An apparatus for a work implement assembly having a work tool comprising:
Means for determining the current position of the work tool;
Means for generating a control signal to change the position of the work tool;
Means for generating and applying a determined force to the work tool, wherein the determined force is based on a requested motion vector determined from the current position of the work tool and a control signal; And means having a vertical component that is scaled to prevent the work tool from crossing a predefined excavation boundary.

A working machine,
A work implement assembly including a work tool and a series of hydraulic actuators operatively associated with the work implement assembly;
At least one sensor associated with the work implement assembly and adapted to sense a parameter indicative of a current position of the work tool;
At least one sensor associated with the work implement assembly and adapted to sense a parameter indicative of a current force acting on the work tool;
An input device operable to generate a control signal to change the position of the work implement assembly;
A control module having a memory adapted to store a predefined excavation boundary, for determining a current position of the work tool, for receiving a control signal from the input device, and from the input device A control module adapted to determine a required motion vector for the work tool based on the received control signal; and
The control module is further adapted to generate and apply the determined force to the work tool, the determined force is based on the required motion vector and prevents the work tool from crossing a predefined excavation boundary A work machine having a vertical component that is scaled to